1.一种非分光红外乙烯气体传感器,其特征在于:包括依次连接的光源驱动电路、敏感探头、信号处理电路、控制电路;所述敏感探头包括红外光源(1)、主气室(9)、修正气室(3)、红外滤光片阵列(5)和红外探测器阵列(8);所述主气室(9)、修正气室(3)顶部与红外光源(1)相接,所述主气室(9)、修正气室(3)底部与红外滤光片阵列(5)相接,所述主气室(9)、修正气室(3)分别设有进气孔(7)和出气孔(4),所述主气室(9)、修正气室(3)下部之间安装有固定架(6),所述主气室(9)内侧下部安装有支撑盘(10),所述主气室(9)、修正气室(3)底部均设置多个以十字交叉排列的红外滤光片阵列(5),与进出气孔连成的斜对角线错开;所述主气室与修正气室光程不同,所述红外滤光片阵列(5)分别与红外探测器阵列(8)连接,所述红外探测器阵列(8)与PCB板(11)相连;所述PCB板(11)包含光源驱动电路、信号处理电路和控制电路,所述红外光源(1)输入端与光源驱动电路连接,所述光源驱动电路输入端与控制电路连接,所述控制电路输入端与信号处理电路连接,所述信号处理电路输入端与红外探测器阵列(8)连接。
2.如权利要求1所述的非分光红外乙烯气体传感器,其特征在于:所述控制电路包括依次连接的AD转换器、信号隔离器、微处理器。
3.如权利要求2所述的非分光红外乙烯气体传感器,其特征在于:所述微处理器具体采用的是STM32芯片,且微处理器与USB端口连接。
4.如权利要求2所述的非分光红外乙烯气体传感器,其特征在于:所述光源驱动电路包括运算放大器OPA 547、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、光源RIR;所述运算放大器OPA
547的同相输入端与微处理器输出端相连,反相输入端与第一电阻R1一端、第二电阻R2一端均相连,所述运算放大器OPA 547输出端与第一电阻R1另一端、第三电阻R3一端和光源RIR一端相连,第二电阻R2另一端、第三电阻R3另一端和光源RIR另一端均接地。
5.如权利要求2所述的非分光红外乙烯气体传感器,其特征在于:所述信号处理电路包括依次连接的信号放大器、信号滤波器、功率放大器,所述功率放大器输出端与AD转换器输入端连接。
6.如权利要求1所述的非分光红外乙烯气体传感器,其特征在于:所述红外光源(1)的型号为MTRL‑17。
7.如权利要求1所述的非分光红外乙烯气体传感器,其特征在于:所述修正气室(3)和主气室(9)侧壁均设有绝缘绝热板(2),所述绝缘绝热板(2)为镀金反射壁面。
8.采用如权利要求1所述的一种非分光红外乙烯气体传感器的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:通以电源,由抽气泵抽气,进气孔(7)以设定的速率通入标准气体;
步骤二:微处理器输出周期性控制信号,所述周期性控制信号为方波,光源驱动电路给红外光源(1)供电,光源辐射出波长范围为1~20μm的红外光波,辐射光波所产生的热量对主气室(9)和修正气室(3)同时进行周期性地传热;
步骤三:红外光源(1)辐射出的红外光大部分入射到主气室(9)经过多次反射后,到达滤光片阵列(5),经滤光片滤光使得10.5μm的红外光出射到红外探测器阵列(8)上,红外探测器阵列(8)对出射的10.5μm红外光强度进行探测;小部分光入射到修正气室(3)经过多次反射后,到达滤光片阵列(5),经滤光片滤光使得10.5μm的红外光出射到红外探测器阵列(8)上,红外探测器阵列(8)对出射的10.5μm红外光强度进行探测;其中红外光源通过主气室(9)达到探测器(8)得到的光强信号为I0,同理,红外光源通过修正气室(3)达到探测器(8)得到的光强信号为I'0;
步骤四:红外探测器阵列(8)在探测10.5μm红外光强度后产生电压信号,通过信号处理电路进行信号调理,并将调理后的电压信号通过AD转换器转换为数字信号,其中气体经主气室(9)得到的平均电压信号为u0,经修正气室(3)得到的平均电压信号为u'0,由于得到的电压信号正比于光强信号,所以有:u0=k1I0
u'0=k2I'0
式中k1和k2分别为主气室(9)和修正气室(3)的比例因子;
步骤五:将主气室(9)和修正气室(3)得到的数字信号进行相除;
步骤六:重复步骤一到步骤四的过程,不同的是通入不同乙烯浓度的气体,其中红外光源通过主气室(9)达到探测器(8)得到的光强信号为:式中I0为没有气体吸收时,红外光源经主气室(9)到达探测器(8)的光强,I1为有气体吸收时,红外光源经主气室(9)到达探测器(8)的光强,α为气体吸收系数,c为腔内气体浓度,l1为红外光经主气室(9)的光程;同理,红外光源通过修正气室(3)达到探测器(8)得到的光强信号为:式中I'0为没有气体吸收时,红外光源经修正气室(9)到达探测器(8)的光强I2为有气体吸收时,红外光源经修正气室(3)到达探测器(8)的光强,l2为红外光经修正气室(3)的光程;气体经主气室(9)得到的平均电压信号为:u1=k1I1
气体经修正气室(3)得到的平均电压信号为:
u2=k2I2
将主气室(9)和修正气室(3)得到的数字信号进行相除,到气体浓度与电压的关系:
对于这个确定的系统,α、l1和l2为常数,u0、u'0也已测出,所以上式可简化成:c=k(lnu1‑lnu2+m)
式中 m=lnu'0‑lnu0;
步骤七:根据通入不同乙烯浓度的气体得到变化的数字信号,并拟合曲线关系;
步骤八:当进行未知气体探测时,将标定后的传感器接通电源,通入外界气体,重复步骤二至步骤五,检查装置是否正常运行;
步骤九:将标定后的传感器放置于待测气体中,接通电源,由抽气泵抽气,进气孔(7)以设定的速率通入待测气体,重复步骤六,根据得到数字信号的大小来计算出待测气体的浓度。